resumen de acero

MICROESTRUCTURA DE LOS AEROS

“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”

FACULTAD DE INGENERIA QUIMICA Y METALURGIA.

ASIGNATURA : PROCESAMIENTO DE METALES

E.P. A. : ING: METALURGIA

DOCENTE : ING: LUNA QUITO, Luis

ALUMNA : PEÑA ESPINOZA, Etelvina

CICLO : VII

HUACHO – PERU

2013

ING: METALURGICA Página 1


DEDICATORIA


Dedico el presente trabajo a mis padres por todo el apoyo y la confianza que me

brindan para seguir estudiando, también al docente encargado del curso de

procesamiento de minerales, a las personas interesadas en temas de metalurgia.


INTROCDUCION

Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono

son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez

austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar

presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y

aluminatos.

El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y

fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-

carburo de hierro o Cementita.

Tradicionalmente, para analizar la microestructura ha sido necesario operar

mecánicamente. Es decir, para que el material pueda examinarse mediante un

microscopio, hay que destruirlo, tomar una muestra, pulirla y atacarla con un

compuesto químico. Hoy en día, se están realizando avances tecnológicos para

conseguir información de la microestructura empleando técnicas magnéticas.

Además, dada su naturaleza no-destructiva, estas técnicas permiten prescindir

de la técnica mecánica destructiva.

En este contexto, el objetivo de trabajo fue diseñar un sistema electrónico que

mediante técnicas magnéticas no-destructivas fuera capaz de determinar las

variaciones microestructurales del acero. En la investigación se realizó un

exhaustivo análisis de las señales obtenidas mediante estas técnicas y se

consiguió definir una serie de parámetros útiles para caracterizar la

microestructura y las propiedades mecánicas del acero. Estas técnicas se

basan en el siguiente principio: El acero se compone de regiones

microscópicas llamadas dominios magnéticos. Al aplicar un campo magnético

al material, estos dominios tienden a crecer y en su movimiento sus paredes

encuentran obstáculos que dificultan su crecimiento, como por ejemplo,

dislocaciones, fronteras de grano o precipitados.



FERRITA (Hierro a)

Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas.

La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en:

Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la ausentita.

Composición

En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la ausentita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la ausentita, procede de la solidificación.

Las propiedades mecánicas de la ferrita pura son:

σ t = 275 MPaA = 35 %HB 90



PERLITA

En este caso se llama cementita perlítica o eutectoide. Tiene la apariencia de láminas insertas en una matriz de ferrita

Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

Composición química

es 0,8 % C y 99,2 % Fe (12,4 % CFe3 y 87,6 % Fe). Aparece siempre que haya un enfriamiento lento, por debajo de los 720º C. Según la velocidad de enfriamiento estas láminas aparecen más o menos separadas. Dentro de su normal lentitud, a mayor velocidad de enfriamiento, menor distancia interlaminar.

Las propiedades mecánicas de la perlita son:

σ t = 780 MPa

A = 15 %

HB 190 a 300

Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece


Se observan glóbulos de cementita dispersos en una matriz blanca de ferrita, en un acero SAE 1064.


en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

CEMENTITA

La cementita proeutectoide aparece en forma de retículos, rodeando a los granos de perlita, en la figura se observación metalográfica, se puede confundir con la ferrita. Para reconocerlas se debe pulir la probeta con abrasivos en fondo de goma. Esto desbasta las partes duras pero no las blandas; las primeras, lisas por ser menos atacadas por los reactivos químicos, reflejarán la luz del microscopio (si la iluminación es vertical) llegando al ocular. En cambio, las partes blandas más atacadas por el reactivo, más rugosas, reflejarán la luz incidente fuera del microscopio y del ojo del observador. Como la cementita es muy dura y la ferrita muy blanda, la primera se verá clara, iluminada, mientras que la última se verá oscura. Sin embargo, cuando la ferrita aparece en forma reticular, no es atacada por el reactivo. Por lo tanto, cuando se observa una red blanca con un ataque común, no se puede determinar si es ferrita o cementita.

Composición

Es el compuesto metaestable CFe3, con 6,67% C. Cristaliza en un sistema ortorrómbico de grandes dimensiones, 4,5 x 5 x 6,7 A.

Las propiedades mecánicas de la cementita son:

σ t = 2.940 MPa

A = 0 %

HRc 68


Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita


AUSTENITA

Es la solución sólida de carbono en Feγ (FCC), cuya máxima solubilidad, 2 % C, se da a los 1130º C.

Está presente en los aceros a temperaturas superiores a Ac1. Por encima de Ac3 o Acm, los aceros comunes son completamente austeníticos. Se la incluye dentro de las estructuras de temple pues a partir de ella, cuando el enfriamiento es suficiente rápido para impedir la difusión del carbono, se forma la estructura típica del temple, martensita. En aceros aleados o hipereutectoides, se encuentra a temperatura ambiente ya que no alcanzan a transformar completamente a martensita durante el temple; en este caso se la denomina “austenita retenida”. También se encuentra a temperatura ambiente en aceros inoxidables de alto níquel, denominados austeníticos, y en los indeformables de alto Mn (12 %).

La diferente tonalidad de los granos de austenita en la figura se debe al ataque del reactivo empleado (10 ml HNO3 + 10 ml ácido acético + 15 ml HCl + 2 gotas de glicerol). La orientación espacial de los cristales en los distintos granos es la causa de ese ataque diferencial y de la dispar rugosidad en los mismos. A consecuencia de esto, la luz proyectada por el microscopio se perderá en algunos casos y se reflejará sobre el ocular en otros, resultando distintas tonalidades.

Es paramagnética, resistente al desgaste, dúctil, tenaz. Es el constituyente más denso de los aceros.

Las propiedades mecánicas de la austenita son:


Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita


σ t = 860 a 1030 MPa

A = 30 a 60 %

HB 300

MARTENSITA

Se obtiene por enfriamiento rápido de la austenita, sin que actúe la difusión. Es una solución sólida sobresaturada de C en hierro α, por lo que la estructura cristalina es tetragonal centrada. Su elevada dureza aumenta con el porcentaje de C; no obstante, cuando se supera el 0,75% C queda algo de austenita sin transformar, y el promedio de dureza decrece ligeramente. En la fig. se muestra su aspecto metalográfico de agujas en zig-zag en una matriz de austenita. Cuando la transformación de la austenita es completa, la observación es más difícil, como se muestra la Fig. Correspondiente a un acero de medio contenido de carbono. Si la temperatura de temple es correcta, las agujas muy finas de martensita exigen 1000 x de aumento o más, para su interpretación.

Por calentamiento a baja temperatura (encima de 150º C), la retícula tetragonal inestable de la martensita tiende a transformarse en cúbica, precipitando el C en forma de pequeñísimas partículas submicroscópicas. Este tratamiento se denomina revenido. Para diferenciarlas, se denomina α´ a la primer martensita y βa la última. Ésta se ve como agujas ennegrecidas, a diferencia de las agujas más claras de

martensita α´, Fig. A medida que aumenta la temperatura, sin llegar a Ac1 la precipitación es cada vez más intensa.

La velocidad de enfriamiento alta (alrededor de 120º/hora) es fundamental para la aparición de martensita. En piezas de secciones grandes, esa velocidad se logra sólo en algunos sectores; en esos casos aparecerá martensita acompañada con otras estructuras intermedias de menor dureza: toostita, sorbita y bainita.


Microestructura de un acero inoxidable AISI 201, recocido 5 min a 1060º C y enfriado rápidamente. Se observan granos equiaxiales y maclas de recocido.


Las propiedades mecánicas de la martensita son:

σ t = 1.800 a 2.450 MPa

A = 2,5 a 0,5 %

HRc 48 a 68 para 0,35 y 0,9 % C respectivamente.

BAINITA

Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-400C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.

La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.

Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser único contituyente y además pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.

La determinación del tamaño de grano austenítico o ferrítico, puede hacerse por la norma ASTM o por comparación de la microfotografías de la probeta a 100X, con las retículas patrón numeradas desde el 1 para el grano más grueso hasta el 8 para el grano más fino.

En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se indica con un número convencional n, de acuerdo con la fórmula:

logG=(n-1)log2

Donde G es el número de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este método se aplica a metales que han


Microestructura de la martensita


recristalizado completamente, n es el número de tamaño de grano de uno a ocho.

Las propiedades mecánicas de la bainita son:

σ t = 1.770 MPa

A = 5%

HRC 50 Promedio

Z = 46,4 % (estricción relativa)

SORBITA

Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650C, o por revenido a la temperatura de 600C. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%.

Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de nódulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.

Propiedades mecánicas son:

σ t = 870 a 1.400 MPa

HB 250 a 400 (HRc 25 a 40)

A = 10 a 20 %



TROOSTITA

Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 600C, o por revenido a 400C.

Sus propiedades físicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompañando a la martensita y a la austenita

Sus propiedades mecánicas son:

σ t = 1.400 a 1.700 MPa

A = 5 a 1º %

HB 400 a 500 (HRc 40 a 50)



NORMAS DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS

ASTM

La norma ASTM significa (American Society for Testing and Materials), (sociedad américa de pruebas mecánicas). ASTM, para referirse a los distintos aceros, se puede hablar de "Grado", "Clase" o "Tipo". Por ejemplo A106 Grado A, A48 Clase 20A, A276 Tipo 304.

Los códigos numéricos o alfanuméricos usados para referirse a un acero, a veces tienen algo de significado. En los grados desigandos por letras del alfabeto A, B, C,.. El contenido de carbono y su resistencia mecánica aumentan en si mismo orden. En las clases, el código numérico indica su tensión de ruptura en PSI.

SAE

Es una clasificación de aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es la más común en los Estados Unidos.

En 1912, la SAE promovió una reunión de productores y consumidores de aceros donde se estableció una nomenclatura y composición de los aceros que posteriormente AISI expandió.



En este sistema los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primero especifica la aleación principal, el segundo la aleación secundaria y con los dos últimos dígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación.

AISI

Es el acrónimo en inglés de American Iron and Steel Institute (Instituto americano del hierro y el acero).

La norma AISI (American Iron and Steel Institute ) utiliza un esquema general para realizar la especificación de los aceros mediante 4 números:

AISI ZYXX

Además de los números anteriores, las especificaciones AISI pueden incluir un prefijo mediante letras para indicar el proceso de manufactura. Decir que las especificaciones SAE emplean las mismas designaciones numéricas que las AISI, pero eliminando todos los prefijos literales.

El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente:

XX indica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100;Y indica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del elemento predominante de aleación; Z indica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los siguientes:

Z=1: si se trata de aceros al Carbono (corriente u ordinario);

Z=2: si se tarta de aceros al Níquel;

Z=3: para aceros al Níquel-Cromo;

Z=4: para aceros al Molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo;

Z=5: para aceros al Cromo;

Z=6: si se trata de aceros al Cromo-Vanadio;

Z=7: si se trata de aceros Al Tungsteno-Cromo;

Z=8: para aceros al Ni-Cr-Mo;

Etc.

DIN

Es el acrónimo de Deutsches Institut für Normung ('Instituto Alemán de Normalización').



Norma DIN 17100 clasifica los aceros para construcción en general, en función de su resistencia a la tracción. De esta forma, la designación St 42 corresponda a un acero con resistencia a la tracción entre 42 a 50 Kgf/mm2; si es St 37, la resistencia a la tracción mínima es de 37 Kgf/mm2.

Dependiendo del contenido de Carbono, esta designación incluye un dígito separado por un guión. Por ejemplo, St 37-1 significa que dicho acero admite un %C de hasta0,20%. Si el dígito es 2, entonces el máximo de Carbono es 0,18%; si es 3,0, 17% de Carbono. En el caso de los aceros St 42, el dígito 1 significa un contenido de Carbono máximo de 0,25%; 2 también significa un 0,25% y 3, un máximo de 0,23%. Organizaciones internacionales de normalización (ISO, CEI, etc.).

UNE-36009

La designación según la UNE-36009 se basa en un código con cuatro campos, y es un tipo de designar a los aceros que se sigue utilizando mucho en la industria.

Como se ha dicho, es una codificación que contiene cuatro campos, según la forma siguiente:

F- X Y ZZEl primer campo para la designación de los aceros comienza por la letra mayúscula F seguida de un guión.La primera cifra, X, que constituye el siguiente campo se utiliza para indicar los grandes grupos de aceros, siguiendo preferentemente un criterio de utilización. De acuerdo con este criterio, se distinguen los siguientes grupos:

- Aceros especiales: grupos 1, 2, 3, 4 y 5;- Aceros de uso general: grupos 6 y 7;- Aceros moldeados: grupo 8;



CONCLUSIÓN

microestructura y las propiedades mecánicas de los materiales, suministrando información necesaria para el establecimiento de modelos matemáticos y permitiendo el control y optimización de procesos y productos.

La comprensión de los fundamentos de la metalografía cuantitativa y los adelantos existentes en el desarrollo de equipos electrónicos y de la computación, han hecho de la metalografía cuantitativa una poderosa técnica en el estudio, reduciendo el tiempo y los posibles errores en el análisis de muestras metalográficas

La incorporación de un sistema cerrado, mediante el uso de una cámara digital incorporada al microscopio óptico metalográfico y un software de aplicación, hace posible un método rápido y confiable para la determinación de parámetros microestructurales y fase en aceros.

Los principales software profesionales para el procesamiento digital de imágenes, utilizados para el análisis microestructural, resultan ser comercialmente muy costosos.



Los aceros son aleaciones de hierro, carbono y otros elementos, el hierro es el elemento que entra en mayor proporción y la cantidad de carbono no sobrepasa el 2%; sin embargo este elemento es el que más influencia ejerce en las propiedades y posiciones de equilibrio.

Algunos elementos, como el manganesio y el níquel, pueden aumentar el área donde la austenita es estable, mientras que el silicio, el cromo y el niobio estabilizan la fase ferrítica.

BIBLIOGRAFÍA

Brooks, J.A., Thompson, A.W., Microstructural Development and Solidification Cracking Susceptibility of Austenitic Stainless Steel Welds. Int. Materials Reviews, 36, 1, 16-44 (1991).

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/ metalografia/5-_Estructuras_del_acero_v2.pdfhttp://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010492242010000300002&script=sci_arttextKrauss G., Steels, Processing, Structure, and Performance, ASM International, 2005


http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/5-_Estructuras_del_acero_v2.pdf

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/5-_Estructuras_del_acero_v2.pdf

resumen de acero

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